Дмитрий Михайлович Карбышев родился 14 (26) октября в городе Омске Омского округа Акмолинской области Западно-Сибирского генерал-губернаторства Российской империи в семье выпускника Сибирского кадетского корпуса, ветерана Крымской войны, военного чиновника Михаила Ильича Карбышева.
Был принят в Николаевское инженерное училище. По окончании училища, направлен служить в 1-й Восточно-Сибирский сапёрный батальон, начальником кабельного отделения телеграфной роты. Батальон дислоцировался в Манчжурии.
Произведён в поручики.
В ходе Русско-японской войны в составе батальона укреплял позиции, устанавливал средства связи, наводил мосты, вёл разведку боем. Совершил подвиг в сражении под Мукденом. Но первая боевая награда офицера Карбышева — орден Святого Владимира IV степени с мечами и бантами — был вручён за Бой у Вафангоу. Командуя кабельным отделением 4 телеграфной роты 1 Восточно-Сибирского сапёрного батальона (передача сигналов с помощью гелиографических установок), он вывел из окружения 60 военнослужащих с техникой и оружием.
По обвинению в агитации среди солдат (так документировано, но, видимо, только за недоносительство — он за всю жизнь никогда ни на кого не доносил) ему грозили военно-полевой суд и расстрел, в лучшем случае, тюрьма. Но офицерский суд чести не позволил отдать храброго боевого офицера палачам. По решению суда чести он ушёл с военной службы в запас. Жил во Владивостоке, занимался чертёжной работой.
27 октября Алиса Карловна Троянович-Пиотровская и Дмитрий Михайлович Карбышев обвенчались в Никольском храме в г. Никольск-Уссурийский.
Вернулся на военную службу, служил во Владивостоке во вновь сформированном крепостном сапёрном батальоне, где командовал ротой.
Осенью поступил в Николаевскую военно-инженерную академию в Санкт-Петербурге.
С отличием окончил Николаевскую военно-инженерную академию. По распределению штабс-капитан Карбышев был направлен в Брест-Литовск на должность командира минной роты. Там он принимал участие в строительстве фортов Брестской крепости.
Участник Первой мировой войны с первого дня. Воевал в Карпатах в составе 8-й армии генерала А. А. Брусилова (Юго-Западный фронт). Был дивизионным инженером 78-й и 69-й пехотных дивизий, затем начальником инженерной службы 22-го финляндского стрелкового корпуса. В начале 1915 года участвовал в штурме крепости Перемышль. Был ранен в ногу. За храбрость и отвагу награждён орденом св. Анны и произведён в подполковники. В 1916 году был участником знаменитого Брусиловского прорыва. В 1917 году производитель работ по укреплению позиций на границе с Румынией.
В декабре 1917 года в Могилёв-Подольском подполковник Д. М. Карбышев вступил в Красную гвардию. С 1918 года в Красной Армии. Участник Гражданской войны.
В апреле 1918 года Д. М. Карбышев назначается в Коллегию по обороне страны при Главном военно-техническом управлении РККА. В июле 1918 года Д. М. Карбышев назначен начальником отдельного инженерного управления Северо-Кавказского военного округа.
Весной 1919 года Д. М. Карбышев назначен главным руководителем всех оборонительных работ Восточного фронта, участвовал в строительстве Симбирского, Самарского, Саратовского, Челябинского, Златоустовского, Троицкого, Курганского укреплённых районов; обеспечивал форсирование рек Уфимки и Белой, начало наступления на Сибирь, проектировал оборонительные сооружения Уральска.
С января Д. М. Карбышев — начальник Управления военно-полевых строительств. Руководил работами по восстановлению железнодорожного моста через Иртыш в Омске, укреплял Забайкальский плацдарм. Был назначен начальником инженеров 5-й армии Восточного фронта.
Председатель Инженерного комитета Главного военно-инженерного управления РККА. С 1926 года — преподаватель в Военной академии имени М. В. Фрунзе.
Участник советско-финской войны. В составе группы заместителя начальника Главного военно-инженерного управления по оборонительному строительству вырабатывал рекомендации войскам по инженерному обеспечению прорыва линии Маннергейма.
В июне был командирован в Западный Особый военный округ, где инспектировал ход строительства фортификационных сооружений 68‑го Гродненского укрепленного района. 27 июня штаб армии оказался в окружении. 8 августа 1941 года при попытке выйти из окружения генерал Карбышев был тяжело контужен в бою в районе Днепра, у деревни Добрейка Могилёвской области Белорусской ССР. В бессознательном состоянии был захвачен в плен.
Карбышев содержался в немецких концентрационных лагерях: Замосць, Хаммельбург, Флоссенбюрг, Майданек, Освенцим (Аушвиц), Заксенхаузен и Маутхаузен. В ночь на 18 февраля 1945 года в концлагере Маутхаузен, в числе около пятисот других заключённых, был после зверских пыток облит водой на морозе (температура воздуха около -12°С) и убит.
